新型公交立體車庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

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摘要:提出一種新型公交立體車庫(kù)，按照規(guī)范要求，采用MIDASGEN軟件建立該車庫(kù)三維模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化，研究結(jié)果表明:采用鋼框架—支撐體系，更符合結(jié)構(gòu)安全適用經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)理念;穿梭車產(chǎn)生的水平位移對(duì)結(jié)構(gòu)起主要控制作用;使用耐候鋼可減少車庫(kù)后期維護(hù)費(fèi)用，提高結(jié)構(gòu)的耐久性;該庫(kù)型占地少，存放車輛多，解決停車用地緊張問(wèn)題，可為今后類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞:公交立體車庫(kù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；位移控制；耐候鋼

1概述

立體車庫(kù)的應(yīng)用，極大的緩解了城市“停車難”的現(xiàn)象。目前，小型立體車庫(kù)的發(fā)展基本成熟，并且已經(jīng)形成了工業(yè)化、模塊化、智能化的發(fā)展模式。然而，公交立體車庫(kù)的應(yīng)用仍在發(fā)展當(dāng)中，由于公交車尺寸及質(zhì)量均超過(guò)了《機(jī)械式停車庫(kù)工程技術(shù)規(guī)范》［1］及《車庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］中適停車型尺寸及質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要各專業(yè)根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及場(chǎng)地等情況進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。目前國(guó)內(nèi)首例公交車機(jī)械式立體停車庫(kù)為北京公交公司二通廠公交立體停車樓，于2019年完成。本文依托公司《北京市公交機(jī)械式立體停車庫(kù)樣機(jī)升級(jí)改造及新庫(kù)型開(kāi)發(fā)》課題，聯(lián)合北京公交集團(tuán)及首鋼城運(yùn)公司，提出一種新庫(kù)型，并對(duì)該公交立體車庫(kù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化，通過(guò)現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范，利用最小的場(chǎng)地，停放最多的車輛，其建筑效果圖如圖1所示，該車庫(kù)屬于升降橫移類機(jī)械式停車庫(kù)，采用托輥傳輸可不考慮汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑。

2工程概況

北京市公交機(jī)械式立體停車庫(kù)樣機(jī)升級(jí)改造及新庫(kù)型開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(后文簡(jiǎn)稱“公交立體車庫(kù)”)，建設(shè)地點(diǎn)位于北京首鋼園區(qū)內(nèi)，長(zhǎng)度30．12m，寬度12．5m，高度32．61m，建筑投影面積為437．6m2，地上6層(不含提升機(jī)頂部機(jī)房)，首層為入車位基礎(chǔ)、升降機(jī)基礎(chǔ)、控制室及配電室，標(biāo)準(zhǔn)層層高4．65m，周圈設(shè)置懸挑檢修走道。該公交立體車庫(kù)能停放15輛公交車(公交車尺寸為12m×2．55m×3．3m)，其平面圖及立面圖如圖2所示。該車庫(kù)采用PLC控制系統(tǒng)，其智能化存取車策略由首鋼城運(yùn)公司自動(dòng)化專業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用無(wú)人方式停車，存取車工作流程如下:存車過(guò)程:打開(kāi)入庫(kù)車位外門，司機(jī)將公交車開(kāi)入入庫(kù)停車位，熄火拉手剎下車，車庫(kù)啟動(dòng)自動(dòng)存車程序，通過(guò)托輥將車輛水平輸送到提升機(jī)上，提升機(jī)將車輛提升至目標(biāo)層，通過(guò)托輥將車輛輸送至穿梭車上，穿梭車水平移動(dòng)，最后通過(guò)托輥將車輛輸送至目標(biāo)停車位。取車過(guò)程:與存車過(guò)程相反。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3．1設(shè)計(jì)參數(shù)

本項(xiàng)目位于北京首鋼園區(qū)內(nèi)部，該區(qū)域抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0．20g，場(chǎng)地地震分組為第二組，場(chǎng)地土類別為Ⅱ類，特征周期為0．40s。基本雪壓0．40kN/m2，基本風(fēng)壓0．45kN/m2，活荷載取0．50kN/m2。除結(jié)構(gòu)自重外，公交車重量:13t，提升機(jī)重量:131t，提升速度0．5m/s，穿梭車重量:23t，運(yùn)行速度0．5m/s～1m/s，動(dòng)力系數(shù)取1．3。另外，為了體現(xiàn)建筑立面效果，同時(shí)減小風(fēng)荷載效應(yīng)，該公交立體車庫(kù)屋面全封閉，墻體僅在周圈欄桿處封閉，部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用耐候鋼。

3．2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

該公交立體車庫(kù)采用鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)形式，采用MIDASGEN有限元軟件建立三維模型進(jìn)行計(jì)算。若按照純鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)為剛接，其風(fēng)荷載下的結(jié)構(gòu)側(cè)移達(dá)到63mm(1/517＜1/400［3］)，雖然滿足剛度要求，但是鋼柱截面較大，增加建設(shè)成本。因此，在不影響車庫(kù)使用，同時(shí)方便人員通行的前提下，在結(jié)構(gòu)外圍部分柱間設(shè)置八字撐及人字撐，同時(shí)優(yōu)化梁柱截面，使得結(jié)構(gòu)能夠滿足剛度要求，其支撐布置如圖3所示，根據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比，增設(shè)支撐，減小鋼柱截面可節(jié)約15t鋼材量。此外，為減小提升機(jī)立柱的計(jì)算長(zhǎng)度及截面，每間隔2．3m與結(jié)構(gòu)框架柱采用一道橫梁進(jìn)行連接。優(yōu)化后，其主體結(jié)構(gòu)部分截面形式列于表1。

3．3強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性分析

1)強(qiáng)度分析:通過(guò)反復(fù)調(diào)整構(gòu)件并進(jìn)行構(gòu)件歸并處理，最終結(jié)構(gòu)構(gòu)件均滿足強(qiáng)度要求，最大應(yīng)力比均控制在0．85以內(nèi)。2)剛度分析:風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，結(jié)構(gòu)最大柱頂水平位移為19mm(1/1716＜1/400)，滿足規(guī)范要求［3］。此外，根據(jù)提升機(jī)及穿梭車的使用頻率及起重量，本項(xiàng)目應(yīng)按照重級(jí)工作制吊車的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算其水平荷載作用下柱頂?shù)乃轿灰疲?］，經(jīng)計(jì)算，穿梭機(jī)橫向水平荷載作用于第5層時(shí)，其最大柱頂水平位移為9．93mm(22700/9．93=2286＜1/2000);穿梭車縱向剎車荷載產(chǎn)生的最大柱頂水平位移為1．20mm(22700/1．20=18917＜1/2000)，滿足吊車水平荷載作用下柱頂水平位移容許值的要求［3］?？梢?jiàn)在該項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，穿梭機(jī)產(chǎn)生的水平位移對(duì)結(jié)構(gòu)起控制作用，不可忽略。3)穩(wěn)定性分析:當(dāng)車庫(kù)滿存車輛時(shí)，在恒+活荷載共同作用下，按照一階彈性分析算得結(jié)構(gòu)的臨界荷載系數(shù)為38．5，滿足要求。

3．4反應(yīng)譜分析

當(dāng)車庫(kù)存滿車輛時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震下的振型分解反應(yīng)譜分析，取前30階振型進(jìn)行計(jì)算，保證各振型參與質(zhì)量之和大于結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的90%。其中前三階振型如圖4所示，其周期分別為1．188s，1．125s，0．735s，平動(dòng)振型先于扭轉(zhuǎn)振型出現(xiàn)，且扭轉(zhuǎn)周期與一階平動(dòng)周期之比(0．62)小于0．85，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。此外，結(jié)構(gòu)最大層間位移位于結(jié)構(gòu)第三層Y方向，為3．32mm，算得最大層間位移角為1/1401，遠(yuǎn)小于1/250，滿足抗震規(guī)范要求［5］。

4結(jié)構(gòu)施工

為提高施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，除了鋼柱拼接節(jié)點(diǎn)外，梁柱連接節(jié)點(diǎn)以及支撐節(jié)點(diǎn)等大部分節(jié)點(diǎn)均采用高強(qiáng)螺栓連接以及銷軸連接，如圖5，圖6所示。此外，由于該車庫(kù)外墻未封閉，絕大部分構(gòu)件均處于露天狀態(tài)，為了減少結(jié)構(gòu)后期維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)推廣耐候鋼的使用，本項(xiàng)目中1層～3層框架柱、框架梁、支撐等構(gòu)件采用了耐候鋼，如圖7所示。耐候鋼具有良好的抗腐蝕性能和力學(xué)性能，使用中采用免涂裝設(shè)計(jì)，能夠提高建造速度、縮短施工工期、有益于環(huán)保和節(jié)約全壽命周期成本［6］。

5結(jié)論與建議

本文提出了一種新型公交立體車庫(kù)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，借助有限元軟件，結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化，得出以下結(jié)論:1)該新型公交立體車庫(kù)，可不考慮汽車轉(zhuǎn)彎半徑，占用場(chǎng)地小，可停放15輛公交車，極大的緩解了停車用地壓力。2)該公交立體車庫(kù)采用鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)體系，相比于純鋼框架結(jié)構(gòu)體系，更加符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全適用經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)理念。3)除風(fēng)荷載外，穿梭機(jī)荷載(吊車荷載)產(chǎn)生的水平位移對(duì)結(jié)構(gòu)起控制作用，在設(shè)計(jì)時(shí)不可忽略。4)將耐候鋼可作為結(jié)構(gòu)主體構(gòu)件，可減少公交立體車庫(kù)后期的維護(hù)。

參考文獻(xiàn):

［1］JGJ/T326—2014，機(jī)械式停車庫(kù)工程技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］JGJ100—2015，車庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［3］GB50017—2017，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［4］GB50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］．

［5］GB50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)［S］．

［6］鄭凱鋒，張宇，衡俊霖，等．高強(qiáng)度耐候鋼及其在橋梁中的應(yīng)用與前景［J］．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，52(3):1-10．

作者：吳曉龍 張淵 劉巍 張磊 王玲玲 單位：北京首鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司